CN202813762U

CN202813762U - 一种低温环境下带混合工质补气的空气源热泵热水器系统

Info

Publication number: CN202813762U
Application number: CN2012205493162U
Authority: CN
Inventors: 林州强
Original assignee: Zhejiang Wanbao New Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Wanbao New Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2022-10-25

Abstract

本实用新型涉及一种低温环境下带混合工质补气的空气源热泵热水器系统，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、储液器、过滤器、板式换热器、主热力膨胀阀、气液分离器和电气控制装置；还包括补气电子膨胀阀、手动截止阀和补气电磁阀，以及喷液电磁阀和喷液毛细管。采用以R22与R600a按一定比例混合而成的制冷剂为工质，同时增设补气管路并增设喷液管路。具有三种运行模式：即普通制热模式、补气制热模式和补气（+喷液）制热模式。能低温环境下正常制热，与传统热泵相比，制热量可提高20%，排气温度与排气压力较普通制冷剂下降5%~10%；在-20℃环境时，综合COP≥2.0；还具有较准确的除霜手段，且能有效的防止制热效率的衰减。

Description

一种低温环境下带混合工质补气的空气源热泵热水器系统

技术领域

本实用新型属于空气源热泵热水器技术领域，特别是涉及一种适用于低温环境下（≥-20℃）运行的空气源热泵热水器系统。

背景技术

空气源热泵热水器系统有效利用低品位的热能产生高品位热能作为热源供热，与燃油燃气锅炉相比，具有能量利用率高、无污染、使用安全等诸多优点，是最有可能取代锅炉供暖的技术。而北方冬季较低的室外环境温度使得热泵在冬季运行时存在压缩机排气温度较高、制热效率较低等问题，极大的限制了空气源热泵热水器系统的应用和发展。

随着科学技术的发展，技术人员提出了如下几种解决低温环境下空气源热泵热水器所存在问题的方法，然而，这些空气源热泵热水器在低温环境下运行仍然不甚理想：(1)压缩机变频技术。对热泵系统专用的压缩机实施变频控制以达到对应低温环境温度下制热量的匹配问题。但该技术成本偏高且无法保证系统的能效比。(2)双级耦合技术。虽然较好地解决了传统空气源热泵在低温工况下启动困难、工作温度范围小等问题，但是机构复杂，成本很高。(3)使用混合工质带辅助电加热。热泵系统使用非共沸工质，在较低环境温度下制热运行时，热泵系统内自带的精馏塔会除去工质中的低压组分，增加剩余组分的挥发性。但使用辅助电加热后，热泵系统变得复杂，且增加了耗电量，阻碍了推广应用。(4)在传统的空气源热泵系统中增加补气系统后，系统中流经冷凝器的制冷剂流量增大，从而增加了总体制热量。但排气温度较高的问题仍无法得到较好的解决。

实用新型内容

针对上述情况，为更好的解决低温环境下空气源热泵系统的问题，本实用新型提出了一种带混合工质补气的空气源热泵热水器系统，能很好地适用于低温环境下运行。

本实用新型是通过下述技术方案予以实现。

一种低温环境下带混合工质补气的空气源热泵热水器系统，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、储液器、过滤器、板式换热器、主热力膨胀阀、气液分离器和电气控制装置；所述压缩机的排气口依次与冷凝器、蒸发器底部过冷段、储液器、过滤器、板式换热器、主热力膨胀阀、蒸发器上部蒸发段、气液分离器和压缩机的吸气口连接构成循环回路；其特征在于，还包括补气电子膨胀阀、手动截止阀和补气电磁阀，所述压缩机设有补气口，在所述的循环回路上过滤器后板式换热器前设有补气管口，所述补气管口依次与补气电子膨胀阀、手动截止阀、板式换热器、补气电磁阀和压缩机的补气口连接构成补气管路；并且，还包括喷液电磁阀和喷液毛细管，在所述的循环回路上主热力膨胀阀前设有喷液管口，所述喷液管口依次与喷液电磁阀和喷液毛细管连接并连接至气液分离器前的管路上构成喷液管路。

本实用新型采用以R22与R600a按一定比例混合而成的制冷剂为工质，同时增设补气管路并增设喷液管路。本实用新型运行时，混合工质的主要循环回路有：

一路，从压缩机排气口经冷凝器、蒸发器底部过冷段、储液器、过滤器、板式换热器、主热力膨胀阀、蒸发器上部蒸发段和气液分离器至压缩机的吸气口进入压缩机。

另一路，由循环回路上过滤器后板式换热器前所设补气管口分流经补气管路至压缩机的补气口，即从压缩机排气口经冷凝器、蒸发器底部过冷段、储液器、过滤器、补气电子膨胀阀、手动截止阀、板式换热器和补气电磁阀至压缩机的补气口进入压缩机。

第三路，由循环回路上主热力膨胀阀前所设喷液管口分流经喷液管路至压缩机的吸气口，即从压缩机排气口经冷凝器、蒸发器底部过冷段、储液器、过滤器、板式换热器、喷液电磁阀、喷液毛细管和气液分离器至压缩机的吸气口进入压缩机。

本实用新型有三种运行模式：即普通制热模式、补气制热模式和补气（+喷液）制热模式。

本实用新型采用了混合工质，其运行特点是：

补气管路的增加，使系统压缩机在未达到最大吸气点时启动，而后自动转为二次压缩运行，改善或提高机组的制热运行能力。喷液管路的增加，在常温状态下不会进行启动，只有当进入低温环境时，且系统排气温度达到一定数值时，该喷液管路才启动工作。混合工质的加入可起到进一步降低排气温度及工作压力的作用。

本实用新型补气管路，是通过在制热运行时，流经冷凝器的混合工质制冷剂，分流一部分，通过板式换热器和补气电子膨胀阀的组合实现节流要求，再补入压缩机内，实现补气提升制热量的效果，满足低温环境下正常制热的要求。

本实用新型喷液管路，是通过在制热运行时，低温环境0℃以下时，根据排气温度的变化实施喷液控制，排气温度降低到一定数值后关闭喷液电磁阀，恢复正常制热状态。

本实用新型的积极效果：

1、通过同时采用混合工质及补气和喷液技术手段，实现在低温环境下正常提供制热的目标，且效率较高，能长期稳定工作，与传统热泵相比，制热量有20%的增幅，排气温度与排气压力较普通制冷剂有5%~10%的下降。

2、本实用新型的空气源热泵在-20℃环境时，综合COP≥2.0。

3、本实用新型还具有较为准确的除霜手段，通过判断化霜时间的长短，改变制热时间，从而提高机组判断结霜、化霜的能力，同时还能有效的防止制热效率的衰减。

附图说明

图1为本实用新型一种具体实施方式中低温环境下带混合工质补气的空气源热泵系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，它包括压缩机1、冷凝器5、蒸发器10、储液器7、过滤器12、板式换热器15、主热力膨胀阀17、气液分离器22、补气电子膨胀阀13、手动截止阀14、补气电磁阀23、喷液电磁阀18、喷液毛细管19、高压开关2、低压开关21、针阀A 3、针阀B 20、感温探头A 4、感温探头B 6、感温探头C 8、感温探头D 9、风机11和旁路电磁阀16。

本实施例有以下三种制热模式：

1、普通制热模式：

制冷剂循环回路：

（1）压缩机1→冷凝器5→蒸发器10底部过冷段→储液器7→过滤器12→板式换热器15→主热力膨胀阀17→蒸发器10上部蒸发段→气液分离器22→压缩机1。

此时，主热力膨胀阀17处于全开，补气电磁阀23、喷液电磁阀18处于关闭状态；而后，主热力膨胀阀17根据感温包感应到的蒸发器10上部蒸发段出口处制冷剂的温度自动调节。压缩机1排气口排出的制冷剂进入冷凝器5冷凝后，经过蒸发器10底部过冷段，经过储液器7、过滤器12和板式换热器15，再经过主热力膨胀阀17的调节节流后进入蒸发器10上部蒸发段吸收室外环境的热量，经气液分离器22，回到压缩机1吸气口。

2、补气制热模式：

在普通制热模式正常运行的情况下，当感温探头D 9感应到环境温度达到设定的温度（≤25℃）时，补气电磁阀23开启；如果环境温度高于设定的温度（＞25℃）时，补气电磁阀23关闭。

制冷剂循环回路：

（1）压缩机1→冷凝器5→蒸发器10底部过冷段→储液器7→过滤器12→板式换热器15→主热力膨胀阀17→蒸发器10→气液分离器22→压缩机1。

（2）压缩机1→冷凝器5→蒸发器10底部过冷段→储液器7→过滤器12→补气电子膨胀阀13→手动截止阀14→板式换热器15→补气电磁阀23→压缩机1。

补气管路的电磁阀23开启后，补气电子膨胀阀13也同时开启，手动截止阀14保持全开。压缩机1排气口排出的制冷剂进入冷凝器5后，经过蒸发器10底部过冷段，经过储液器7和过滤器12后分成两部分返回压缩机1。第一部分即按普通制热模式运行，再经板式换热器15、经过主热力膨胀阀17的调节节流后进入蒸发器10上部蒸发段吸收室外环境的热量，经气液分离器22，回到压缩机1的吸气口。第二部分经过补气电子膨胀阀13、手动截止阀14、板式换热器15和补气电磁阀23后进入压缩机1的补气口。补气电子膨胀阀13根据感温包感应到的流经该路的制冷剂经过板式换热器15换热后的温度自动调节。

3、补气（+喷液）制热模式：

在补气制热模式正常运行的情况下，当压缩机1的排气口外管道上的感温探头A 4感应到温度达到设定的温度（≥95℃）要求，且感温探头D 9感应到环境温度低于设定的温度（≤0℃）时，喷液电磁阀18开启；而当感温探头A 4感应到温度达到目标温度（≤70℃）时或运行一定时间（2小时）后，自动关闭喷液电磁阀18。

制冷剂循环回路：

（3）压缩机1→冷凝器5→蒸发器10底部过冷段→储液器7→过滤器12→板式换热器15→喷液电磁阀18→喷液毛细管19→气液分离器22→压缩机1。

当喷液电磁阀18打开时，压缩机1排气口排出的制冷剂进入冷凝器5后，经过蒸发器10底部过冷段，经过储液器7、过滤器12和板式换热器15后，在主热力膨胀阀17前分流一部分，经喷液电磁阀18和喷液毛细管19，再经气液分离器22后，回到压缩机1的吸气口。

Claims

1.一种低温环境下带混合工质补气的空气源热泵热水器系统，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、储液器、过滤器、板式换热器、主热力膨胀阀、气液分离器和电气控制装置；所述压缩机的排气口依次与冷凝器、蒸发器底部过冷段、储液器、过滤器、板式换热器、主热力膨胀阀、蒸发器上部蒸发段、气液分离器和压缩机的吸气口连接构成循环回路；其特征在于，还包括补气电子膨胀阀、手动截止阀和补气电磁阀，所述压缩机设有补气口，在所述的循环回路上过滤器后板式换热器前设有补气管口，所述补气管口依次与补气电子膨胀阀、手动截止阀、板式换热器、补气电磁阀和压缩机的补气口连接构成补气管路；并且，还包括喷液电磁阀和喷液毛细管，在所述的循环回路上主热力膨胀阀前设有喷液管口，所述喷液管口依次与喷液电磁阀和喷液毛细管连接并连接至气液分离器前的管路上构成喷液管路。